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开题报告学生姓名班级指导教师毕业设计(论文)题目自适应管道机器人的结构设计与建模仿真管道是一种非常有效的运送物资和能源的工具,因此广泛得应用在普通工业、石油天然气等各个领域然而为了保证管道的安全性以及提高其寿命,那么就必须对物料输送管道进行定期的检测维护和相应的管道作业,而大多数管道具有长、弯道多且半径范围可变的特点,光靠人员无法进行检测和作业,所以设计一款满足相应条件的管道机器人尤为重要,设计研发该类管道机器人同时也具有很大的价值和吸引力,以下是自适应管道机器人具有的现实意义1)携带摄像头装置的管道探测机器人,其在管道内通过摄像采集管道内壁的情况后,实时传输到工作台,工作人员再对传过来的管道壁视频进行分析处理,用计算机数字处理来图效率的分辨出带有有损伤的管壁图片,并对其进行定位维选题的目修人员在具体去修复管道缺陷或者更换,从而保证了管道的安全运行在探测机的和器人的作用下大量地节省了劳动强度和时间、义JcJ2)携带清扫刷的管道清洗机器人,在管道中运行时,携带的清扫刷对管壁进行打扫,完成管道内壁的清理工作,使得管壁的清理工作更高效3)自适应管道机器人能够在不同管径的管道下工作,其多功能化的设计研发将使管道工作更为方便,会大大节省管道检测维修的时间和费用,也更大程度保证了操作人员的安全
1.国外研究现状对管道机器人的研究最早开始于二十世纪四十年代,由英国科学家提出的PIG清洗机器人,该机器人在工作时会发出猪叫的声音,所以取名为PIGo它根据环境的压力差实现在管道内的移动,运动比较被动,不能人为的进行控制,但这一结构为科学家们的研究提供了思路国内外研究现状及从二十世纪七十八十年代,随着计算机技术、集成电路和自动化技术的发展,美存在的问国、日本、德国等相应开发出了多种类型的管道机器人,如1978年法国研制出题了款轮腿式爬行机器人,该机器人由2个行、走轮和4个支撑腿组成,能适应不同的管径;1986年日本研制了一款履带式管道检测机器人,该机器人能通过L型弯道,适用于(D50nini的管道,可进行裂纹探测,行走速度最高为
8.lmni/s但这些机器人在管道中的行走还不够稳定,管径适应性方面差,行走速度不高,仍然处于试验阶段到了如今21世纪,随着智能化的迅猛发展和需求,机器人已经在远程化控制,持续性能源、智能化运动方面取得了一定的成果2012年日本开发了一款基于磁铁吸附力的无线控制的管道检测机器人,采用具有磁吸附面积大的磁性履带,时刻吸附于管道内壁上,并通过预先设置的算法能稳定的通过带有T性分支的竖直管道2013年美国德克萨斯AM大学和韩国延世大学共同合作,提出了一款蠕动式管道机器人,该管道机器人具有高的移动性,有效地在T型支管中导航,并能适应于管径为205305mm的管道2016年韩国成均馆大学研制的多功能检〜测机器人的第三代产品MRINSPECT VI,用于检测管径为150至200mm的天然气管道,MRINSPECT VI设计有多轴差速齿轮机构,通过其调节主动轮的速度来顺利通过管道中的弯道部分,除此之外,MRINSPECT VI还安装有提高牵引力的主动粘合机构和救援机构
2.国内研究现状随着科技的进步,传感器技术、现代控制理论的发展,20世纪前后,已经出现了一系列的管道机器人,而且有的机器人甚至已经实现实用化,并用于商业化的批量生产和工作中,我国的研究也硕果累累2010年哈尔滨工业大学的唐德威等人在邓宗全教授早期的研制的基础上提出了一款具有差动运动功能的轮式管道机器人,三轴差动机构能根据管道环境自动调节轮的速度,并通过理论和实验均证明了该机器人在弯道处无运动干涉现象2014年西南石油大学的刘友清等人提出了一种主动螺旋驱动式管道机器人,机器人的电机减速后的扭矩经过齿轮将直接传到驱动轮上,而不是通过驱动轮架的旋转带动驱动轮的旋转2017年西安理工大学的刘敏同学在郑建明教授的指导下研制了一款能适应管径变化,跨越一定高度障碍且能通过极限弯道的机器人,该机器人运行速度约为15m/min,牵引力为30-38N,并能顺利通过弯管和直管
3.国内外研究存在的问题1)能源供给问题当管道机器人运行于长距离管道内运输时,需要有足够的能源提供给机器人,现一般是有缆式或者自身携带电池等方式提供能源,不是供电时间短就是负载太重,急需一种轻便且持久的能源供给方式2)通信屏蔽问题石油、天然气管道一般都埋于地底下,信号接收能力有限特别对于用运输石油的金属管道,金属会屏蔽掉通信过程中的信号,这样对机器人与工作台之间的实时显示,甚至对机器人运动的控制都有严重的影响3)可靠性问题在使用后的管道,管道除了距离长且管线复杂(弯道、T型岔口、变径接头管道、竖直管线)外,管道内部还会有杂质、铁锈等障碍物,机器人在如此复杂的管道中运行时,其各项驱动性能和运动稳定性还需要得到综合的提高4)控制系统的多元化目前研发出的管道机器人大多数实现了在管道内运行和检测的功能,但对于运行、检测、修复一体化的多功能一体化还需要进一步完善
1.设计要求:查阅相关资料,了解课题的背景、意义及国内外发展慨况,并根据文献资料分析该系统所涉及的关键技术或难点,将其作为复杂工程问题并对照毕业要求对应的能力指标点进行研究和设计设计要求数据如下1)适应管径范围为150-250nnn2)可通过弯度>
1202.设计内容1)根据以上参数进行机器人的结构总体方案设计,结构部分具体设计并进行主静力学有限元分析优化结构参数,自适应管道机器人的运动学建模与仿真等;在方案要设计阶段,应通过多种方案比较,选择综合性能较优的方案;研究2)借助三维、二维设计软件,进行结构设计,三维建模和二维装配图设计,并通过内有限元优化设计软件Abaqus/Ansys进行必要的强度计算校核和仿真,优化结构参数;容3)建立管道机器人的运动学、动力学模型,验证机器人在管道内部的可通过性等,并用相关软件Adams进行必要的仿真试验;4)设计方案和技术路线应按照项目管理要求,与企业的相关部门进行必要沟通和协调,注意遵守相关法律、职业道德规范,考虑对社会、环境的影响,并对所设计的系统进行技术经济性分析或成本估算;5)选择与毕业题目相关的外文文章或专利,翻译不少于5000单词的相关英文文献资料,并用符合规范的技术语言表达原文;6)按照符合规范要求的论文格式要求及合适的文字表达,撰写毕业设计论文一份(不少于L5万字),论文提交前需进行查重研究方法步骤研究
1.利用网络资源和图书馆的资源进行相关论文文献的检索,搜集相关资料并加以理方解消化,对相关的英文文献资料阅读并翻译其中的一篇;法步
2.整理搜集到的相关资料,了解并进一步熟悉所要研究的内容、对象与任务骤要求,对资料进行整合并完成开题报告;和措施等
3.熟悉设计过程中会用到的软件;
4.使用一款具有三维建模功能的软件(如Solidworks)完成三维建模,包括整体方案模型和各部分机构的细化模型;
5.完成相关零件的设计计算,并对其进行有限元优化分析;
6.完成二维工程图的绘制,其中包括总装图,相关的零件图等;
7.分析实验结果并撰写设计说明书准备答辩根据设计任务书查阅了国内外文献资料,对设计任务有了充分理解,研究内容翔实,研究方法可行,准予开题指导教师见后、指导教师签字―年月2020227B注如页面不够可加附页。